生物反应工程

生物反应工程（精选十篇）

生物反应工程篇1

关键词：生物反应工程,课程设置,教学改革,思路

1998年教育部调整了高等学校本科专业目录, 将生物类专业进行了整合, 设立了新的生物工程专业[1]。浙江大学宁波理工学院生物工程专业开设于2001年, 学生主要学习生物、化学、工程等学科的基础知识, 掌握生物反应的一般规律及生物产品产业化技术, 毕业生一般在食品、制药、环保等生物工程相关行业就业。生物反应工程是生物工程专业的核心支撑课程, 在生物工程专业教学体系中占有重要地位。生物反应工程是一门生物学、化学和工程学的交叉学科, 是一门研究将生物或生物的一部分 (如酶、细胞或组织) 作为催化剂参与反应过程的工程科学。开设生物反应工程专业的目的就是要培养既有很强的生物学和化学背景, 又具有工程知识的学科交叉型人才, 使学生能在生物技术产业化的事业中发挥重要作用[2]。生物反应工程是一门工程类的学科, 实践性和应用性都很强[3], 改革传统的理论教学模式, 建立理论知识和实践的有机联系, 对于学生掌握本课程的理论知识并运用于生产实践具有重要意义。现从教学团队建设、教学方式方法改革、实践教学环节、建设课程网站和多媒体教学、改革考核方式等方面, 研究生物反应工程教学改革措施, 希望能为该课程的教学改革提供一定参考。

1 生物反应工程的课程设置

根据我校生物工程专业的教学计划, 生物反应工程课程安排在第6学期进行。在此之前, 学生已经学习了生物化学、工业微生物学、化工原理等课程, 通过这些课程的学习, 学生对生物工程专业的基础知识有了初步了解, 为生物反应工程课程学习打下了基础。由于生物反应工程课程本身涉及生物化学、工业微生物学、物理化学、化工原理等课程知识, 有较多的公式推导和计算, 并且对数学基础要求较高, 学生因为难于接受而出现畏难情绪, 普遍感到此课程学习难度较大[4]。为此, 如何改革以往的教学模式, 激发学生的学习兴趣, 是摆在教师面前的一个重要课题。

2 生物反应工程课程教学改革的思路

2.1 教学团队建设

教学团队由5名教师组成, 包括1名教授、1名副教授、3名讲师。团队建设的目标是提高团队教师队伍的整体业务素质, 以培养骨干教师为重点, 以课程为中心组成教学梯队。为此, 建立团队合作机制, 由教授任团队带头人, 推进教学工作的传帮带, 促进教学研讨和教学经验交流, 提高教师的教学水平, 以利于对青年教师的培养;同时创造机会鼓励教师出国进修学习或在职攻读博士学位, 不断提高教师素质。

2.2 教学方法改革

改革以往“灌输式”的教学方法, 而是采用“启发式”和“讨论式”教学方法。要求学生课前预习上课内容, 对遇到的问题进行思考, 使学生带着问题来听课;教师针对重点、难点问题进行讲解, 并提出问题让学生回答, 形成教师与学生互动交流的学习氛围。此举可充分发挥学生的主体作用, 调动其学习的积极性和创造性, 提高学生思考问题的能力[5,6]。

2.3 引入实践教学环节

采用“小组教学法”和“实例教学法”进行实践教学。将学生分为3~4人一组, 自选或指定与课程内容相关的题目, 写出报告, 并制作PPT在课堂上汇报并且相互讨论, 交互式教学使学生积极参与教学活动, 增加学习兴趣, 提高教学效果。

2.4 应用多媒体教学, 建设课程网站

多媒体技术信息量大、效率高, 已成为课堂教学的有力工具。利用板书和多媒体技术制作电子课件进行教学, 使得教学形象、直观、生动、活泼, 大大提高课堂效率, 激发学生的学习兴趣。通过课程网站的建设, 将教学资源上传到网络, 提供给学生一个自学的平台, 增强学生学习的主动性。

2.5 改革考核方式

考核是整个教学工作的重要环节, 不仅可以促使学生理解和掌握课程知识, 而且是检验教学效果的重要手段。课程总成绩由平时成绩、实践教学成绩和期末考试成绩3个部分组成。平时成绩包括学生的考勤、课堂回答问题、作业情况等, 其中课堂回答问题在平时成绩占较大的比重, 以促进学生思考问题和对理论知识的掌握。实践教学成绩主要依据学生在实践教学环节中的表现, 包括报告、PPT和课堂讨论成绩。期末考试采用卷面考试, 考查学生掌握基础知识的情况和分析问题、解决问题的能力。

参考文献

[1]江珩, 陈守文, 喻子牛.以微生物学为特色的生物工程专业实验教学改革[J].微生物学通报, 2006, 32 (2) :172-175.

[2]岑沛霖, 关怡新, 林建平.生物反应工程[M].北京:高等教育出版社, 2005.

[3]韩培培, 谭之磊, 贾士儒, 等.生物反应工程本科实践教学活动的改革和实践[J].科技信息, 2011 (35) :286.

[4]曹飞, 张进明, 朱建良, 等.本科生物反应工程课程考试方式的改革与实践[J].化工高等教育, 2011 (4) :36-38, 92.

[5]王莅, 辛峰, 徐艳.互动式教学在本科生反应工程教学中的实践[J].化工高等教育, 2005 (4) :64-66.

生物反应工程篇2

膜生物反应器工艺在中水回用工程中的应用

膜生物反应器(MBR)作为一种新型的污水处理工艺,在污水处理领域得到了广泛的应用.文章阐述了MBR工艺在广东某电装公司的.生产废水及生活污水的中水回用工程中的应用,通过合理地设计运行参数,该系统运行稳定,出水水质达到中水回用标准,厂区污水实现零排放.结果证明了MBR工艺在中水回用工程中的应用具有较多优点,可在多种场合进行回用.

作者：冯淑颖 Feng Shuying 作者单位：广州市环境保护技术设备公司,广东,广州,510030刊名：广东化工英文刊名：GUANGDONG CHEMICAL INDUSTRY年，卷(期)：200835(3)分类号：X7关键词：MBR 中水回用应用

生物反应工程篇3

关键词:膜生物反应器(MBR) 污水再生深度处理

中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0145-01

近年来水资源短缺问题突出,城市污水再生深度处理回用是解决这一问题的重要途径。膜生物反应器(Membrane Bioreactor,简称MBR)是一种膜分离与生物技术有机结合的新工艺,具有出水水质优良、稳定、占地面积小等优点,在工程中的应用日渐增多。

1 工程概况

山阴县生活污水处理厂位于县城南城区东南角,2008年7月建成,规划处理能力1.5万m3/d,现设计水量1万m3/d,预留扩建5千m3/d的条件。

污水处理厂采用“三沟式氧化沟”工艺,出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》的二级排放标准。再生水深度处理后,设计出水水质达到《工业循环冷却水处理设计规范》要求。

2 设计水质与工艺流程

2.1 设计水质

山阴县污水处理厂再生水深度处理一期工程设计进、出水水质如表1所示,

2.2 工艺流程

氧化沟出水→调节池→膜格栅提升泵→膜格栅→生物池→膜池提升泵→MBR膜池→出水

3 主要构筑物设计

3.1 调节池及膜格栅集水池

新建调节池一座,尺寸18m×15m×6m(长×宽×深),池内设2台潜水搅拌器,680转/min,功率4.0kW。集水池与调节池共建,设方闸门1台(800mm×800mm),配手、电两用启闭机。池内设膜格栅提升泵(潜水离心泵),3用1备,流量140m3/h,扬程11m,功率5kW。

3.2 膜格栅间

膜格栅间一座,安装2台转鼓式细格栅,流量420m3/h,直径1000mm,过滤精度2mm,安装角度35°,不锈钢材质,功率1.5kW,细格栅渠道前后设4套叠梁闸(1100mm×900mm)。

3.3 生物池及膜池提升泵

生物池采用好氧处理工艺,有效水深5.7m,尺寸30m×5m×7.1m(长×宽×深),设计水力停留时间4h,污泥浓度5000mg/L。管式微孔曝气器曝气,外管外径120mm,外管内径100mm,孔隙率35%～50%,产生气泡直径1～3mm,单位通气量5～50m3/m·h,服务面积2～3m2/m。池内设置2台膜池提升泵(轴流泵),流量700～1050m3/h,扬程2m,功率5kW。

3.4 膜池

膜池共4格,本期安装3格。膜池前设配水及回流渠道,生物池来混合液通过配水渠均匀分配到膜池,膜池混合液经回流渠道自流至生物池入口,污泥回流比300～400%。每格膜池设置进水闸门、排空管,配备1台产水/反冲洗水泵(变频),流量154～337m3/h,扬程16m,功率18.5kW。

膜池有效水深3.3m,单格平面尺寸11.4m×3.05m,每格膜池安装5只膜组件,预留1只膜组件的安装位置。膜组件采用PVDF,膜丝内外径1.9mm/0.8mm,有效膜丝长度2185mm,膜孔径0.04μm,设计通量15.2LMH(5Cat冬季最大周流量)～18.1LMH(10C at 日平均流量),设计污泥浓度7500mg/L,3格膜池总供气量138m3/min。

膜池进水设3台手、电两用不锈钢闸门(800mm×800mm),配置2台污泥回流泵(排空泵),流量400m3/h,扬程20m,功率30kW,配置2台剩余污泥泵,流量7m3/h,扬程20m,功率2.2kW。

3.5 附屬配套设备

生物池曝气风机3台,流量19m3/min,扬程7m,功率37kW;膜池曝气风机4台,流量46m3/min,扬程4m,功率75kW;输水泵3台,流量210m3/h,扬程95m,功率110kW;自用水泵2台,流量30m3/h,扬程30m,功率7.5kW;清水箱2台,500m3;PAC加药装置1套;次氯酸钠加药装置1套;柠檬酸加药装置1套;还原剂加药装置1套;中和剂加药装置1套;压缩空气系统1套。

4 设计特点

(1)合理利用污水厂现有条件,采用膜生物反应器工艺,简化工艺流程,节省用地。

(2)设置膜格栅间,采取强化措施对进水中存在的毛发、纤维类物质及大于2mm的漂浮物进行拦截,保证MBR系统运行的安全和稳定。

5 结语

膜生物反应器技术相对于传统处理技术有明显的优势,在污水再生深度处理中会得到越来越普遍的使用,对缓解水资源的紧缺起到重要的作用。但膜的污染和使用寿命问题是制约该技术发展的因素,随着膜制造技术的提高与改进,MBR技术在改善环境,缓解水资源短缺方面起到更大的作用。

参考文献

[1]胡邦,蒋岚岚,张万里,吴伟,龚兆宇.MBR膜工艺在城市污水处理厂中的工程应用[J].给水排水,2009,35(11):22～24.

[2]陈福泰,黄霞译.Judd S,Judd C,膜生物反应器.北京:科学出版社,2009.

[3]周玉芬,于淼,郑祥.MBR在我国应用现状与市场发展趋势,2009年全国非常规水资源利用技术研讨会,2009,60～65.

[4]王凤.浅谈膜生物反应器技术在中水回用中的应用[J].山西建筑,2011,37(11):130×131.

生物反应工程篇4

组织工程学是研究开发能够修复、维持或改善损伤组织功能生物替代物的一门学科,是材料科学和移植技术领域发展的必然结果。其研究的关键是应用细胞生物学和工程学的原理及方法开发出具有生物活性的人工替代物,用于维持或恢复人体组织。种子细胞、支架材料和组织构建是组织工程的3大要素,其中种子细胞制取、培养、种植是研究的关键性步骤,因此研制出用于组织培养的生物反应器就成了组织工程的一个重要课题。由于只有在稳定的、与生物体内相似的体外环境中才有可能使培养的细胞或组织正常生长,才有可能得到与天然生物组织相似的体外人工组织,为解决人类组织及器官的再生提供可能,组织工程的出现为医学研究和发展开辟了新的领域。近几十年来,由于生物工程和组织工程学的发展,相应的生物反应器水平也在不断提高,用于构建组织工程产品的生物反应器已经愈发接近生物体内环境的培养条件,有利地支持了这些学科的研究。现已研制出多种不同用途、型号的生物反应器,其性能也在日趋完善。

2 生物反应器

根据组织培养的性质和用途,生物反应器的设计与应用有如下几种,其主要性能对比见表1。

2.1 膜式生物反应器

膜式生物反应器的主要原理是通过一个起传质作用的透析性膜进行气体交换。目前用于组织培养旋转式生物反应器都是通过膜来进行气体交换的,这也说明膜反应器在组织工程领域中广泛的应用前景。它的优点是:气液交换分开,避免了反应器内气泡和流体剪应力的产生;细胞或组织留在反应器内,反应器连续灌流;采用膜包埋技术,这是比较温和的一种方法,对于培养容易受到剪应力破坏的动物细胞是很合适的。它的缺点在于膜的通透性,由于动物细胞对氧浓度要求不高,在反应器中大部分采用膜自由扩散式传质方式。但在高浓度培养时,膜供氧方式就不太合适。因此,膜式生物反应器较适合容易受到剪应力破坏的动物细胞的培养。Efthymion和Shuler[1]研制的膜反应器,利用周期性截流的方式,使细胞交替与培养基和空气接触。这种技术将培养液内部对流和直接与空气相接触的优点相结合,从根本上消除了气液两相营养的传质限制。因此在膜生物反应器中,用脉冲流形成对流传递是一种重要和广泛的研究方法,也是目前膜反应器的研究重点。

2.2 机械搅拌式生物反应器

机械搅拌式生物反应器的主要原理是通过叶轮或搅拌器转动培养液,从而提高传质能力。它的优点是:确保了细胞培养的氧浓度和培养液养分的均衡。其缺点是:由于搅拌器转动产生的剪应力很大,易产生气泡,因此不适用于组织工程中细胞培养和组织培养。机械搅拌式生物反应器广泛应用于发酵工业和酶工业。Sheil等[2]人采用“双屏、提升式搅拌器”研制出美国的单层笼式通气搅拌器。徐小增等[2]为搅拌器罩上一个带夹套的筒体,从而使培养液流动更平稳和规律。采用微孔透气器渗透供养系统以及Kamen等[3]人的带状螺旋桨,分别从通气装置和搅拌器方面进行了改进,克服了剪应力过大,易产生气泡等不利因素,使细胞培养取得了较好的效果。这也是机械搅拌式生物反应器目前研究的发展方向。

2.3 气升式生物反应器

气升式生物反应器的主要原理是在反应器底部设置一个气体喷嘴,从外部通入的空气或氧气以气泡形式从下部上升,在上升过程中达到气体交换的目的。它的优点是:有较好的传热、传质和混合特性,培养液的浓度也比较均匀,工作状况柔和,操作简单。其缺点是:操作弹性小,在低流速,特别是反应器高、反应器直径大、高密度微载体培养时,混合性能不佳。气升式生物反应器广泛适用于动植物细胞的培养研究和生产。Sucher等采用加入慢速叶轮搅拌等手段,在一定程度上解决了低流速,特别是H/(反应器高度)/D(反应器直径)大、高密度微载体培养时混合性能不佳这一问题。欧阳平凯等[4]改用分段气升管,更有利于氧的利用和培养液的混合。气流上升为微载体和组织块提供悬浮培养的可能,因此,气升式反应器将有可能取代目前广泛采用的生物体内移植方式进行组织培养。

2.4 旋转壁式生物反应器

旋转细胞培养系统(Rotating Cell Culture System,RCCS)是具有代表性的一种微重力反应器。它的原理是:培养液及培养物共处于2个同轴的内外圆筒之间,在步进电动机带动下一起绕水平轴作旋转运动;内、外圆筒可同时同向或反向旋转,转速既可相同也可不同;也可以选择内筒或外桶旋转时同时外筒或内筒固定,根据具体要求确定圆筒的旋转方式。圆筒刚开始转速较慢,随着培养体积的增大可动态的增加转速以抵抗细胞的沉降。内筒壁采用透气不透液的多孔疏水性半透膜,以提供O2排出CO2。这是一种由无气泡膜式扩散进行气体交换的水平式旋转细胞培养系统。反应器在动力系统的带动下,容器内培养液和培养物沿水平旋转,充满液体的圆柱形悬浮培养容器提供模拟微重力环境,具有高效、三维结构和独特的流体力学特点。它的优点是:绕水平轴旋转的旋转壁式生物反应器更接近于三维悬浮生长以及生物体内部环境。由于反应器中流体随容器一起旋转,相互之间无相互运动,因此其剪应力趋近于0。旋转壁式生物反应器还具有使代谢产物及营养物质均匀分布的优点,可将破坏性应力降至最低,与此同时,该系统还能够提供强大、有意义、同属一个时期的生物信息,通过对这些生物信息(细胞与细胞之间、大分子之间的相互作用、细胞产物的动态分泌和表达等)的检测、观察和分析,有助于加深对细胞组织形成过程的深入理解。

总之,旋转壁式生物反应器具有微重力环境、低剪应力、高效物质传递、零顶空间等优点[5,6,7,8,9]。在RCCS提供的模拟微重力环境中,低剪应力、高效物质交换的条件下培养出的细胞在保持完整的信号传导和组织特异性代谢途径方面具有明显优势,所培养的细胞功能更接近于自然,为移植组织替代物的研究提供可能,从而获得用于移植的供体器官;还可用于细胞毒理学反应、放射生物学、肿瘤生成、胚胎形成的研究,以及生产抗体、干扰素和激素等许多生物制品[10,11,12,13,14]。旋转壁式生物反应器的缺点是:难以在工业上放大,并且很少能在线供液。在实际操作中总有一些因素相互制约:传质效果需要加快转速使气液充分混合,但转速又受抵抗细胞沉降不与内外壁碰撞以及动物细胞脆弱性的限制;较高的溶氧度需要提高相应的氧分压,过高的氧分压又会导致抑制代谢物的移出和气泡的产生,同时也影响细胞的正常生长。

旋转壁式生物反应器是美国航空航天局为在地面上模拟微重力条件下细胞的生长而开发出的一种新型细胞及组织培养装置[15,16],可作为细胞工程和组织工程实验室较为理想的生物反应器,是目前世界贴壁和悬浮细胞培养的最新装置,也是组织工程领域中应用最广泛的一种。理想的低剪应力为高密度培养细胞、大体积的组织等提供了必要的条件。陶祖莱在此基础上设计的在线供气供液空心旋转圆盘式生物反应器比较具有代表性,它克服了此类反应器只能在线供气而不能在线供液的不足。Kleis[17]等研制了绕垂直轴旋转的生物反应器。宋克东[18]等研制出一种新型旋转壁式生物反应器,其优点是:反应器中支架材料被固定在培养室的外壁上,在培养的过程中所需三维构建的骨组织与内外壁筒壁均不发生碰撞,可以有效地提高营养物质的传递效率,提高溶解氧的效率。

3 展望

生物反应工程篇5

渠式生物膜反应器中生物膜的活性研究

摘要：使用透水混凝土生态膜作填料,利用渠式生物膜反应器,对生活污水进行处理.结合实验数据,对新型反应器中填料上生物膜的活性进行了分析.实验表明,其活性(以耗氧速率SOUR表示)在3.23～6.25 mgO2/g・h之间,其生物膜量在3.16～1 0.72mg/cm2之间,生物膜量的变化趋势是沿程下降,而SOUR却是上升的.作者：邹长伟金腊华万雨龙袁杰 ZOU Chang-wei JIN La-hua WAN Yu-long YUAN Jie 作者单位：邹长伟,ZOU Chang-wei(南昌大学环境科学与工程学院,江西,南昌,330029)

金腊华,万雨龙,袁杰,JIN La-hua,WAN Yu-long,YUAN Jie(暨南大学环境工程系,广东,广州,510632)

期刊：水处理技术 ISTICPKU Journal：TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT 年，卷(期)：, 32(11) 分类号：X703.1 关键词：渠式生物膜反应器 生物膜量微生物活性

调节生物钟,与时差反应作战篇6

旅行时差，因人而异

李馨第一次出国就赶上去巴黎。在巴黎的那一周，她简直是乐不思蜀。白天开会，晚上逛街。她整天都兴奋不已，完全没感觉到北京时间和法国时间的差别。可是，回到北京就惨了。连续3天，白天她基本上都是半梦半醒的状态，走路像踩棉花一样。

在一个时区内生活一段时间以后，每个人都会形成自己的生物钟。这个生物钟使我们的体温、新陈代谢、激素分泌水平等生理节奏与环境同步。

生物钟是有一定自身调节能力的。一般来说，1～2小时的时差不会产生明显的生理反应。但是，如果在短时间内跨越3个以上的时区，就会引起生理上的失衡。

值得一提的是，向东飞行引起的时差反应比向西飞行更严重。这是因为，根据地球自转的规律，东边比西边更早进入白天或者黑夜。从睡眠的角度讲，向东飞行意味着旅行者要提早睡觉。向西飞行意味着旅行者要推迟睡觉。对很多人来说，突然要加班熬夜，不是什么问题。但是，如果要他提早睡觉，还要睡着，那就难办了。

时差反应因人而异。症状多表现为疲劳，方向感减弱和失眠。年纪越大的人，生物钟越不容易改变。因此，中老年人倒时差比较困难。儿童的生物钟可塑性比较强，受时差的影响较小。

西飞旅行建议

登机之前：提前几天就开始调整自己的作息时间。每天比平常晚1～2小时吃饭，睡觉和起床。争取能在正午时分抵达目的地。因为明亮的阳光会让您更快适应新的时区。尽量把目的地的重要会面和会议安排在当地时间的早上。

飞行期间：尽量不要睡觉。可以在机舱里四处走动走动。多喝水。不要喝酒。多吃高蛋白食物。例如，鱼、肉、蛋、奶制品。这些食物可以帮您延长清醒的时间。

东飞旅行建议

登机之前：提前几天就开始调整自己的作息时间。每天比平常早1～2小时吃饭，睡觉和起床。尽量把目的地的重要会面和会议安排在当地时间的晚上。

飞行期间：争取多睡觉。多吃含碳水化合物比较高的食物，如水果、土豆、意大利通心粉、米饭、酸奶等。这些食物能为大脑提供色氨酸，有助于合成更多能促进睡眠的神经递质。避免饮用含酒精和咖啡因的饮料。因为这些饮料会让您更加疲劳。

到达目的地建议

从第一天开始，就尽量适应当地的作息时间。等太阳落山再上床睡觉。头几天，避免激烈的活动，让身体有足够的时间去适应新的生活规律。白天多晒太阳。充分接触自然光有助于身体更快适应周围的新环境。

球迷倒班族，长期煎熬着

2008年，为了看欧洲杯，刘伟在开赛前一周就辞去了工作。然后，他全身心地投入到欧洲杯中。每天早上9：30开始睡觉，下午5：30起床。然后去市场买菜，顺便吃个“早餐”。凌晨0点左右，他开始做“午餐”。1：30左右洗澡。之后正式进入一天中精神最好的时段，和欧洲球迷一起感受绿茵场上的快意恩仇。

结果，球瘾是满足了，代价却很惨重。少赚了一个月钱不说，刘伟还大病了一场。那个月，房贷加上日常花费和医药费，足足一万多。“唉，作为一个球迷，我容易吗?还得倒时差!谁让咱中国足球不行呢!”刘伟抱怨说。

张宁是一个倒班工人，从事化工行业的工艺控制。他的上班频率是，工作8天，然后休息7天。上班的8天中，有4个白班，4个夜班。“现在我还年轻，能吃得消。以后就很难说了。就是现在，有的时候，特别是早上3、4点的时候工作，也是一种煎熬。我经常觉得反胃，有种要吐的感觉。”他感叹，生活真不容易。

除了国际旅行者，铁杆的英超、欧锦赛、意甲、世界杯球迷经常守着电视看直播，也需要倒时差。此外，还有因工作需要三班倒的人，也过着黑白颠倒的生活。

与国际旅行者短期的时差反应不同，球迷和倒班族日夜颠倒的生活往往要持续很长一段时间。而且，他们是在不变的时区中强迫自己的生物钟发生改变。有研究表明，这样频繁地“倒时差”，对身体的伤害很大。

生物钟紊乱可能使大脑萎缩，引起记忆力衰退等问题。因此，我们建议，不论是球迷还是倒班族，都不要长期处于“倒时差”状态。

给球迷的建议

作为一名合格的球迷，我们要像优秀的球员一样，做好身体的防守与进攻。让您健康不会“失球”。

食物防守：控制甜食。拒绝油炸食品。远离烟酒。甜食的热量比较高，在一定程度上能让人兴奋。但是，甜食会消耗B族维生素，使人感觉更累。久而久之，就形成了恶性循环。方便面、薯片等油炸食品不易消化，会加重消化道负担，还会使血脂增高，对健康不利。烟酒也是熬夜的大忌。

营养进攻：为了保证看球期间基本的体力，一日三餐的总热量要安排好。如果要熬夜看球，晚餐的热量要相对高一些。看球前1～2小时进餐为宜。熬夜看球还容易引起视觉疲劳。可以适当补充些维生素A，提高眼睛对昏暗光线的适应能力。

睡眠后援：对熬夜的球迷们来说，睡眠绝对是重量级的后援。一些超级球迷经常在看了一夜球赛之后，蒙头大睡十几个小时甚至二十几个小时。其实，这样对身体是有害的。倒是零散式休息方法反而更好。比如，熬夜看球之后、上班之前的1—2小时，中午的午休……如果可以，工作间隙在办公桌上打个小盹也不错。要注意的是，零散式休息每次尽量不少于1个小时。

给倒班族的建议

上班前：对倒班族来说，最容易适应的方式是顺时针方向的排班。就是“即日班(上午8点～下午4点)——小夜班(下午4点～凌晨0点)——大夜班(凌晨0点～早晨8点)——日班(上午8点～下午4点)。

连续上几天夜班之后，最好能有48小时的休息时间。尽量别在一周之内安排1次以上的日夜倒班。这是因为，比起长时间只上日班或夜班，应付不断变换的倒班对我们的身体来说要困难得多。

下班后：主动培养睡意。白天下班途中可戴上墨镜，减少阳光对生物钟的影响。这会让您保持“深夜”状态，有利于回家后很快入睡。

睡眠可分为两个阶段，一长一短地进行。“一长”是说下班后马上睡5～6小时，醒来以后该做什么就做什么。“一短”是说上班之前再睡1～2小时。

生物反应工程篇7

膜生物反应器主要利用高效分离膜组件, 将二沉池和生物处理中的生物单元组合所形成的一套有机整体的水净化再生技术取代。膜生物反应器拥有一定的优点, 如占地面积比较少, 出水水质较高, 操作比较简单, 加之能够平稳的运行, 在自动控制方面有着积极的意义等。正是由于这些优点的存在, 膜生物反应器被广泛应用。为此, 在环境工程污水处理中加大膜生物反应技术的应用极为重要, 相关单位以及相关工作人员必须给予高度重视。

1 膜生物反应器的技术原理和分类

1.1 膜生物反应技术基本原理

实践表明, 膜生物反应器拥有极强的污水处理能力, 在污水处理方面取得了一定的成效, 为此膜生物反应器被国内外广泛应用。近年来, 膜生物反应器发展速度逐渐提升[1]。这与李珂, 葛晶晶在《膜生物反应技术在环境工程污水处理中的应用》一文中的观点有着相似之处。膜生物反应器技术主要在原有的膜分离技术与生物污水处理技术中演变而来, 属于高效的污水处理系统。膜生物反应技术将生物处理技术与膜分离二者有机结合起来, 这在极大程度上有效提升了处理效果, 同时转化率也随之提升。该污水处理技术与传统的处理技术相比, 其处理能力更强。

1.2 膜生物反应技术的分类

通常膜生物反应器能够被分为膜分离生物反应器、膜曝气生物反应器以及萃取膜生物反应器三种, 在这三种反应器中, 膜分离生物反应器是应用最为普遍的一种反应器。膜分离反应生物器在应用的过程中, 依据不同的膜放置方式, 还可以将其分为分体式膜生物反应器与一体式膜生物反应器两种;如果按照是否需氧进行划分, 则能够分为好氧膜生物反应器和厌氧膜生物反应器两种。

2 膜生物反应技术工艺的优势和劣势分析

2.1 工艺优势

膜生物反应技术在应用过程中存在着一定的工艺优势, 主要表现在以下几个方面, 即:

(1) 具有较高的分离效率。由于膜生物反应器在处理污水的过程中不需要沉淀池与过滤单元, 因此该反应器在应用过程中不会占据较大的空间, 并且不存在污泥沉降性的问题。在该系统中存在浓度较高的MLSS, 这在极大程度上提升了系统容积符合, 同时系统的抗负荷能力较高, 这使得该工艺能够更加有效的处理有机废水, 并且处理效果与效率极高。

(2) 具有较高浓度的活性污泥。应用膜生物反应器可以最大限度的提升生物反应能力, 而反应池中的MLSS浓度能够达到10000MG/L[2], 这能够将高浓度的有机废水去除, 使得出水的水质得到大幅度的提升, 有效降低悬浮物的含量, 缩减污泥地的整体体积, 这在极大程度上提升了大分子的降解率。

(3) 具有分离废水和微生物的能力。在膜生物反应器中, 能够分离废水与活性污泥, 从而使得废水在膜腔内部流动, 连接出水槽与进水槽, 但生物细菌会在膜外流动, 达到废水和微生物分离的目标, 从而能够达到最为理想的污水处理效果。

(4) 在提升系统传氧效率方面有着积极意义。膜生物反应的曝气系统主要应用了一种全新的透气性膜, 该种膜的传质阻力比较小, 并且在高压的环境下依然能够运行, 不会受到停留时间与气泡大小等方面因素的影响, 同时能够保障整个供养系统稳定运行, 在保障环境工程污水处理效率方面有着极为重要的作用。

(5) 污泥产率大幅度降低。膜生物反应器的应用, 其最为重要的优势表现在, 能够将污泥完全堵截在生物反应器的内部, 从结构上能够达到不排泥的效果, 实现零排放污泥的目标[3]。可是在实际工作期间, 污泥产生的负荷极低, 其原因在于反应器内部的营养物质比较少, 使得剩余污泥的产量降低。因此, 污泥的产率也会随之下降。

2.2 技术劣势

膜生物反应技术虽然拥有较多的优势, 但是也有一定的劣势存在, 例如:

一方面膜生物反应技术在于传统的污水处理工艺对相同等级的污染水质进行处理的过程中, 往往会出现比传统工艺吸附更多有害元素与混合颗粒物的情况;另一方面在膜生物反应技术中, “膜”在应用一段时间以后, 便很容易受到一定程度的污染, 这将降低通水量。为此, 怎样有效延长“膜”的使用时间, 保证当膜受到污染以后依旧能够保持正常的通水量, 这依旧是较大的技术难题, 还需要不断的研究与分析。

3 环境工程污水处理中常用的几种膜生物反应技术

3.1 EGSB-MBR组合技术

实际上, EGSB-MBR技术主要将EGSB与MBR技术存在的优点组合起来使用。EGSB反应器的应用, 能够对存在的有机废水进行有效的处理, 处理效率较高, 它的应用能够将废水中存在的COD基本去除[4], 这与甄捷, 乔英杰, 张宝杰等在《膜生物反应器处理医院污水的实验研究》一文中的观点极为相似。可是在去除一些悬浮物、氨等方面物质却极为有限, 但是如果将膜生物反应器作为后续的处理, EGSB中存在的缺点便能够得到有效的弥补。

3.2 气浮/曝气生物滤池/膜生物反应器组合技术

利用组合工艺, 水中的洗涤剂、胶体等存在的污染物含量将会大幅度降低, 这为后续的污水处理工作提供了极大的便利, 同时也能够减少后续处理工作的负荷, 尤其在延缓膜污染物方面的效果更为明显。

3.3 内循环动态生物反应技术

动态膜生物反应器的膜基底主要应用较为廉价的微网材料, 通过活性污泥过滤也行的利用, 完成污染物的处理过滤工作。如今, 一般需要应用侧向曝气形式的动态膜生物进行处理, 为了避免该类反应器出现错流速度减小以及反应器内短流问题的出现, 相关工作人员应用了外筒曝气的竖向流动的膜生物反应器[5], 应用该反应器以后, 取得了较好的污水处理效果。

4 结语

本文主要从三个方面着手, 第一方面分析了膜生物反应器的技术原理和分类, 第二方面分析了膜生物反应技术工艺的优势和劣势, 第三方面分析了环境工程污水处理中常用的几种膜生物反应技术。在分析中明确, 当前在科技不断发展的背景之下, 膜生物反应技术已经成为处理环境工程污水的重要技术, 兵器取得了一定的处理效果。膜生物反应技术存在应用中有一定的优势表现出来, 可同时也存在一定的缺陷问题。为此, 在应用该技术的过程中, 不仅要重视其优点, 同时还需要正视其存在的缺点, 只有这样, 才能够将膜生物反应技术的作用充分发挥出来, 最终取得最佳的环境工程污水处理的效果。

参考文献

[1]李珂, 葛晶晶.膜生物反应技术在环境工程污水处理中的应用[J].低碳世界, 2016 (6) :25~26.

[2]李辉.环境工程污水处理中的膜生物反应技术应用与探讨[J].建筑工程技术与设计, 2014 (32) :957.

[3]佟永刚.膜生物反应技术在环境工程污水处理中应用[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2016, 6 (8) :6386~6387.

[4]甄捷, 乔英杰, 张宝杰, 等.膜生物反应器处理医院污水的实验研究[J].哈尔滨工业大学学报, 2004, 36 (5) :648~651.

大力推广秸秆生物反应堆技术篇8

一、四大优势凸显现代农业内涵

1. 技术优势凸显现代农业科学内涵

秸秆反应堆利用的都是农作物的废弃物, 操作简单、易于掌握, 稍作示范讲解, 大部分农民都能掌握。以玉米秸秆、稻草、杂草等为基本原料, 加上生物菌剂让秸秆分解, 产生二氧化碳和热量等, 在栽培层的20厘米之下, 把地加热。秸秆反应堆的应用可使地温提高1~3℃, 地温提高能增强作物抗病能力, 增加产量30%~50%, 甚至加倍。

2. 成本优势凸显现代农业经济内涵

秸秆反应堆技术每亩所需菌种成本在60~500元, 投入产出比在1∶10以上。秸秆反应堆有内置式和外置式, 在辽宁省重点推广的是内置式, 对解决棚室建设及设施农业推广的资金问题是个有利措施, 在1亩地上用秸秆反应堆产生的效益相当于新建半亩温室。

3. 产品优势凸显现代农业质量内涵

秸秆反应堆的应用解决土传病害防治难题, 提高了农产品质量。秸秆反应堆所用的8大菌系中, 都有专门控制土传病害的菌种。使用的高活性菌种, 在发酵过程中产生大量有益菌株, 对多种致病菌有抑制、杀灭作用, 降低化学杀菌剂的用量。秸秆经微生物分解后变成容易被作物吸收的营养元素, 并生成有机质, 活化了土壤中被固定的营养元素, 使农作物生长茁壮, 节省化肥30%~50%, 减少过量使用氮肥对农产品质量的损害。全球的设施农业都有土壤盐渍化问题, 连续使用秸秆反应堆技术使土壤结构明显改善, 通透性增强, 团粒结构好转, 有机质含量提高, 作物根系明显增旺, 为可持续发展创造了有利条件。

4. 环境优势凸显现代农业生态内涵

建秸秆反应堆是农村秸秆有效利用的好途径, 1亩温室要消耗4亩的秸秆。这种生态技术, 实现了能源的循环利用, 在农业体系内的高效利用, 提高了秸秆的利用率, 产生良好的经济效益, 同时有效解决焚烧秸秆造成的环境污染等问题。为农业增效, 农民增收, 农业良性循环和可持续发展提供了高效创新的技术支撑。

二、主要技术路线和内容

1. 主要技术路线

把秸秆反应堆技术与设施农业重大技术, 如无公害农产品质量安全、集约化育苗、灾害性天气防御等技术进行集成组装, 配套推广秸秆生物反应堆栽培技术。根据项目区设施蔬菜分布特点, 在各地建立示范区, 通过宣传、组织观摩拉练、科技培训等活动, 以点带面, 辐射周边地区开展推广工作。在推广中由主持单位与项目区的市、县农业技术推广部门密切配合, 组成科技推广服务网络, 分工协作, 责任到人, 确保项目的顺利开展。

2. 主要技术内容

在秋冬、早春季温室大棚中推广内置式为主体的秸秆生物反应堆技术, 包括黄瓜、番茄、茄子、辣椒、芸豆等设施蔬菜作物。技术应用菌种主要有山东世明菌种、哈原野生物卢博士肥、北京京圃园菌肥、辽宁微生物科学研究院菌肥、沈阳生态所百沃秸秆肥等。栽培技术要点如下。

内置式:以固体菌种为例, (1) 备料, 玉米或稻草秸秆每亩3000公斤、菌种8公斤、麦麸80公斤。 (2) 挖沟, 在蔬菜定植行下开沟, 沟深25厘米左右, 沟宽50~60厘米。 (3) 菌种扩繁, 1公斤菌种掺入10公斤麦麸、4.5公斤水, 拌匀后堆成山形, 上盖双层麻袋在15~25℃下堆积24小时备用。 (4) 填料起垄, 在沟内铺秸秆, 粗硬秸秆放在下面, 细软秸秆放在上面, 铺20~25厘米厚, 根据总量算出每床用量撒上经激活的菌种, 用锹拍振后踩实, 踩实后厚度在15厘米左右为宜;把起土回填在秸秆上, 浇足水湿透秸秆, 2~3天后找平起垄, 秸秆上土层厚度保持在15~20厘米, 然后盖膜, 定植秧苗。 (5) 打孔, 定植后及时将地膜打孔, 在定植株间用14号钢筋由外向内斜向打孔, 孔深以穿透秸秆层为准。

外置式: (1) 挖贮气池沟, 在棚内近门一侧距山墙60厘米处, 依据棚室宽度挖侧墙同向的贮气池, 规格为长4.5~5.5米 (距离前底角0.6米, 距离后墙1.5米) 、宽1米、深0.8米。 (2) 建交换机座, 在秸秆发酵贮气池靠近作物一侧池边的中间部位安装二氧化碳交换机和输气带。 (3) 堆作物秸秆, 在贮气池底部按80厘米等距铺放水泥杆, 纵向拉3道铁丝。然后在上面铺放作物秸秆, 撒一层处理好的菌种, 共铺放3层, 最后覆盖塑料农膜保湿。堆好秸秆后, 安装抽气机。 (4) 疏导二氧化碳气, 将秸秆反应堆发酵分解产生的二氧化碳用气体交换机抽出, 并通过输气带疏导到棚室各部位。 (5) 维护管理。

三、经费及预期效益

1. 经费使用计划

2010年, 辽宁省该项目补助经费1350万元, 主要用于推广工作经费和菌种补贴, 其中省级推广工作经费100万元;市、县级推广工作经费350万元;菌种补贴费900万元。省级推广工作经费主要用于技术培训与指导、试验示范基点补助、测试分析、小型仪器设备购买等, 用于技术培训与指导42万元、试验示范基点补助38万元、测试分析5万元、小型仪器设备购买15万元。市、县级推广工作经费主要用于培训指导和试验示范, 菌种补贴费900万元, 菌种每亩补贴100元 (依据是菌种不同每亩菌种使用量不同, 需投入1~8公斤, 费用120~400元, 平均亩费用240元) , 由各市推广机构组织统一购买, 其他费用由农民自己承担。各市财政也可视情况给予资金配套。

2. 预期增收效益

2010年计划在全省14市、40个县 (市、区) 推广覆盖9万亩设施农业面积, 183个基点, 示范棚数2475个。项目实施后, 可使推广田设施蔬菜亩产量提高15%, 按茄果类原来亩产量6000公斤计算, 平均每亩增产900公斤;同时使产品提早上市, 品质改善, 每公斤售价增加0.2~0.4元。据此, 按平均每公斤3元价格计算, 每亩增加产值2700元。除去本技术所需要生产资料与人工费用, 每亩新增收2100元。累计推广面积9万亩, 实现新增效益1.89亿元。

3. 预期节支效益应用该项技术,

可使设施蔬菜减少化肥和农药的使用量, 预计节省化肥25%以上, 减少农药用量35%, 每亩可节支200元, 总计可节支1800万元。综上, 本项目产生效益共计2.07亿元。

四、全面落实保障措施

1. 加强领导, 健全组织

在辽宁省财政厅的直接指导下, 集中农业科研、推广、生产等各方面力量, 成立以省财政厅农业处、省农业技术推广总站及有关市县财政、农业技术推广部门参加的项目领导小组、技术指导小组, 加强对项目的组织管理, 建立完善项目运行机制, 在组织、人力、物力、技术和资金上给予充分保证。

2. 落实责任制, 强化监督

按照省级绩效考评制度的有关要求, 实行责任人负责制和目标管理制, 建立层层负责的监督检查考核机制。根据项目区各地承担的任务指标, 合理确定考评指标。在项目实施完成后, 组织成立考评小组, 对各地项目实施情况进行检查验收, 依据考评结果, 在资金分配时进行奖优罚劣, 使项目参加人员的责、权、利紧密结合, 保障项目的顺利实施。

3. 精心组织, 认真实施

通过与项目区有关市、县农业技术推广部门签定项目实施协议, 有关市、县农业技术推广部门与所涉及的农民签订项目实施协议, 组织项目区14个市40个县 (市) 农业技术推广骨干力量, 加强项目与农业生产部门、推广部门、企业之间的沟通与协调, 建立完善的技术示范推广网络, 同时, 与辽宁省设施农业小区建设联合实施, 实现多部门、多层次协作, 强化技术集成, 确保各项任务高质量完成。

4. 加强管理, 确保质量

建立严格的项目资金管理制度, 要求承担项目各单位设立专用账户, 实行专款专用, 避免项目资金挪作他用。在项目实施中, 要组织有关人员对参加项目各单位资金使用情况进行检查, 发现问题及时纠正, 充分发挥资金的使用效率, 为项目实施提供有效的经费保障。菌种是该项技术的关键产品, 质量好坏、价格高低关系秸秆生物反应堆技术的实施效果和推广速度。县级推广经费主要用于生物菌种的补助, 按每亩100元的标准由县财政按报账制管理直接发放到农户, 强化资金使用管理;同时积极为农民联系物美价廉的菌种、交换机、二氧化碳微孔输送带等产品, 并委托农技推广体系内诚信度较高的经营服务组织经销。通过从源头和基础保证投入品的质量和效果, 保证实施过程不出现纰漏。

5. 加强培训, 搞好服务

秸秆生物反应堆技术应用篇9

一、生物学原理

把秸秆堆在沟宽30～60公分，沟深30～35公分，秸秆顺沟铺放，踏实后35～40公分，两端秸秆比沟长出各10公分，撒下特殊菌种加速发酵，每亩棚需准备菌种7～8袋(每袋一千克)，麦麸子100～120千克，秸秆4000千克以上。发酵后产生大量二氧化碳，目前我们大棚内果菜CO2含量430～450ppm (标准CO2浓度应该在1100～2400ppm) , 使棚内浓度提高到1000～1500ppm, 并放出热量，加速光合作用，促进植物旺盛生长，达到增产增收增效作用。

二、调查结果

对生长周期的试验情况进行了跟踪调查。此次试验品种有两个，即：博美69-2和玺喜一号。10月14日育苗，12月3日定植，采用大垄双行定植模式，行长5.5米，双行距1.4米，每行20株，在一个温室内共60个畦子，应用秸秆生物反应堆技术的有50个畦子，没应用的10个畦子，来进行对比试验。我们调查了两个温室，每个棚内随机取两点，每点5株。各10株，对照的取点相同。调查结果为应用秸秆反应堆的较没应用反应堆的黄瓜长势旺盛，叶片浓绿。其中“博美69-2”品种植株平均株高为111厘米，叶片数为14.5片，果穗个数为5个，距地面10厘米处茎粗为0.63厘米，最大叶面积为338平方厘米，平均单果体积为128厘米，无病害。品种“玺喜一号”植株平均株高为115厘米，叶片数为15.3片，果穗个数为5.4个，距地面10厘米处茎粗为0.56厘米，最大叶面积为333厘米，平均单果体积为113厘米，无病害。

而对照没应用秸秆生物反应堆的在水、肥管理都相同的条件下，“博美69-2”平均株高82.2厘米，叶片数为12.4片，果穗个数为4.8个，距地面10厘米处茎粗为0.56厘米，最大叶面积为254厘米，平均单果体积为95.3厘米，且有轻微冻害现象及霜霉病病叶，百片叶病叶率为13片。“玺喜一号”植株平均株高为87厘米，叶片数为12.7片，果穗个数为4.3个，距地面10厘米处茎粗为0.49厘米，最大叶面积为254.8厘米，平均单果体积为67.6厘米，有轻微冻害现象及霜霉病病叶。

三、对比分析

通过对比试验，可以看出应用秸秆反应堆技术的和没有应用秸秆反应堆的具有明显差别， (1) 在长势上“博美69-2”株高增加28.8厘米，叶片数增加2.1片，茎粗增加0.07厘米，最大叶面积增加84厘米，单果体积增加32.7厘米。“玺喜一号”株高增加28厘米，叶片数增加2.6片，茎粗增加0.07厘米，最大叶面积增加78.2厘米，平均单果体积增加45.4厘米。 (2) 在抗病害方面，没应用秸秆反应堆的植株都有轻微冻害及霜霉病，而应用秸秆反应堆的植株却无病害。 (3) 在提高室温方面，今冬持续低温，应用生物秸秆反应堆技术的前期提高地温4～6℃，室温2～3℃，且增加二氧化碳浓度，使植株生长旺盛，远离冻害。 (4) 在提高地质肥力方面，应用生物秸秆反应堆技术的中期当秸秆腐烂后可提供养分，增大肥效，增加植株的抗病性，提高产量，较没应用秸秆反应堆的植株提前上市5～7天。 (5) 在采摘方面，应用生物秸秆反应堆技术的比没应用秸秆反应堆的提前上市7天。

四、达到的应用效果

膜生物反应器设计参数探讨篇10

关键词：MBR,生物处理工艺参数,膜技术参数

膜生物反应器 (MBR) 是较理想的污水回用处理工艺。虽然在各个方面都取得了大量成果, 但膜污染、高能耗问题始终是制约该工艺推广应用的瓶颈。到目前为止, 该工艺还没有成文的设计规范和制约膜污染、降低能耗的一套较合理的设计计算参数、操作参数及运行条件等参数。这种现状也无形中使得MBR工艺一直处在实验研究阶段而无法向实用领域迈进。因此需要对MBR设计计算参数进行全面探讨与研究。

1 生物处理工艺参数

MBR对有机物及氮磷的去除主要靠活性微生物系统。膜分离单元只起截流作用, 而且其运行效果的好坏与微生物系统的处理能力直接相关。所以, 合适的工艺参数是MBR保持良好污泥活性的关键因素。

1.1 污泥浓度 (MLSS)

常规活性污泥曝气池中的MLSS为3~5 g/L, MBR的污泥浓度是常规的3~5倍[1,2], 而且其浓度应不低于4 000 mg/L。污泥浓度太高 (>13 000 mg/L) , 会使污泥负荷过低, 微生物由于营养缺乏而进行内源呼吸或死亡。结果一方面可能会加剧混合液中胞外聚合物 (EPS) 的释放和溶解性微生物产物 (SMP) 的溶出与积累, 影响反应器上清液水质, 导致不可逆膜污染。污泥浓度过高或过低时, 膜污染发展速率均较快;另一方面SMP的累积会对硝化细菌产生抑制作用, 使出水NH3-N升高[3]。不过TN的去除效果随MLSS的增加而增加[4]。

另外, MLSS越高, 传质效率越低, 需要更高的曝气强度。MLSS浓度还与膜的产水量呈线性负相关, 和膜过滤阻力也存在相关性[4,5,6], 随着污泥浓度增大, 膜过滤阻力增大, 产水量减小。

1.2 生物固体停留时间 (SRT)

SRT对污泥的活性影响较大。研究表明, 随SRT的延长, MLSS不断增加, 污泥的活性先上升后逐渐下降, 但当MLSS增大到很高后会带来一系列不利影响而加剧膜污染[3]。所以膜生物反应器若要保持良好的污泥活性, 不宜控制过长的SRT。具体应根据实际运行情况, 结合污泥活性、污泥减量和膜通量下降情况综合考虑[7,8]。研究推荐值为:5~35 d。

1.3 污泥负荷和容积负荷

MBR的污泥负荷一般较低, 介于0.1~0.25 kg COD/ (kg MLSS·d) 之间;体积负荷率较高, 介于1.2~3.2 kg COD/ (m3·d) [6]之间。在一定范围内, 有机物负荷越低, 越有利于提高COD和NH3-N的去除效率。但过低的污泥负荷 (<0.1 kg COD/kg MLSS·d) 会使膜生物反应器内微生物由于营养缺乏而死亡或进行内源呼吸而产生过多的EPS和SMP, 污泥负增长, 降解活性变差, 最终导致不可逆膜污染。

1.4 水力停留时间 (HRT)

普通活性污泥法中曝气池的HRT越长, 处理效果越好。在MBR中, 处理水质主要由膜决定, 与HRT关系不大, 但HRT的长短在一定范围内会影响混合液中溶解性有机物的积累程度, 从而引起膜通量下降[9]。根据MBR的不同运行特征, 封莉等推导出了HRT计算式[10]。此外, 根据曝气池容积公式V=QT, 说明HRT还反映了生物反应器容积的大小。所以HRT的确定, 应以维持系统内溶解性有机物的平衡为主, 同时考虑曝气池容积有一定的调节容量即可, 不应过大而影响到工程的基建投资。

1.5 溶解氧浓度 (DO)

溶解氧是曝气池正常运行的主要影响因素。DO不足或过量都会导致微生物生存环境恶化, 影响出水水质。当DO浓度较低时硝化菌首先受到抑制, 使氨氮去除效果不佳;同时易造成混合液中有机物累积和膜污染[11,12]。在2~5 mg/L范围内, DO的变化对COD的去除效果影响不明显, 对氨氮去除率随溶解氧浓度的上升而略有下降, 对TN去除效果不佳[13,14,15]。所以在MBR的设计运行中, 可通过控制DO浓度, 促进MBR发生同步硝化反硝化或短程硝化反硝化。

1.6 气水比、曝气强度、曝气方式

气水比是反应器中每小时气体量和污水量的体积比。通常在曝气池中用气水比的数值来表达曝气强度的大小。气水比越大, 曝气强度越高, 能耗也越大。强烈的曝气紊动度会破坏污泥絮体, 使菌胶团解体, 过多释放EPS和SMP[16], 加剧膜不可逆污染, 缩短膜过滤周期。当曝气强度过低时, 膜表面剪切作用减小, 同样会导致上述问题。所以, 理论上应存在某个经济曝气强度范围, 在保证处理效果、有效控制膜污染的同时能耗较低。经济曝气强度的确定较为复杂, 可通过试验, 综合考虑去除效果 (包括BOD、NH3-N、TN等) 、膜污染和能耗来确定。不同的污泥浓度均存在一个经济曝气强度, 经济曝气强度随污泥浓度的增加呈指数递增[3]。

1.7 运行方式与能耗

运行方式与能耗息息相关。研究发现, 改变曝气方式也可降低能耗[17,18,19]。将连续曝气运行方式改为间歇曝气方式运行及间歇曝气与间歇出水配合运行, 不仅能大大降低能耗, 减轻膜污染, 还有利于反硝化的进行。另外, 采用间歇出水方式也有助于减缓膜污染[20,21]。因为间歇运行减少了混合液中胞外聚合物 (EPS) 的释放和溶解性微生物产物 (SMP) 的溶出, 能有效控制膜污染, 降低能耗。

研究推荐, ①连续曝气:气水比30∶1~40∶1;②间歇曝气:膜出水时气水比为20∶1, 停止抽吸时气水比为40∶1;③间隙出水间隔时间:抽吸时间≤12min、停抽时间≥3 min。

2 膜技术参数

膜组件是膜生物反应器截留污染物的核心部件, 膜的运行效果直接影响MBR的处理能力。膜污染程度决定膜的寿命, 膜污染的程度又取决膜的技术参数、微生物系统的的工艺参数等因素。所以应以减少膜污染或者优化工艺参数等目标来决定膜材料和膜组件形式。

2.1 膜材料与孔径

处在污水中, 膜需要耐受化学、微生物腐蚀, 污染物质污堵, 外界冲击力等。除了考虑价格与制造工艺外, 应该选择物理化学性能较强的膜材料, 同时还要考虑高通量、高分离率、低过滤压差等特点。从理论上讲, 出水水质主要由膜有效孔径决定, 所以可根据出水水质的要求选定膜的孔径, 要求越高, 膜的有效孔径越小。在确保水质达标的情况下, 理论上选择孔径大的膜可提高膜通量。但试验发现, 选用较大的膜孔径, 反而加速了膜污染, 膜通量下降很快[20]。

2.2 膜性能

高性能的膜是优质膜元件的关键。研究发现, 膜表面越粗糙就越容易引起膜污染。亲水性膜和疏水性膜出水水质几乎没有差异, 但亲水性膜比疏水性膜具有更优良的抗污染特性。此外, 膜材料的电荷与主要污染物电荷相同的膜也较耐污染[21]。

2.3 膜组件的形式[22]

膜元件使用寿命一般是3年左右, 这就意味着在设计时就要考虑运行中更换膜组件的可能性。膜组件通常是装了若干个并联的膜元件的单元, 配有曝气装置和进出水管。高品质膜组件一般具有以下特点:①膜面积/膜体积最大;②进料侧具有高的湍流度以促进传质效果;③模块化单元设计, 便于组装、拆卸、更换维修;④单位体积产水量能耗低;⑤单位膜面积造价低;⑥拓展性好, 做工精细、耐腐蚀性好, 易于清洗等。

2.4 膜通量与水动力学条件

许多研究者认为MBR运行中存在一临界通量, 当膜通量小于这个值时, 膜污染与膜自清洗处于动态平衡状态, 膜污染不发生或者发展非常缓慢;一旦膜通量超过临界值, 膜过滤压差 (TMP) 明显上升, 膜污染急剧发展[6,19]。设计压力驱动膜时, 一般都采用固定膜通量然后再确定膜驱动压力的值[6]。外置式MBR在较高的压力下运行, 所以比浸没式的膜通量要大。其操作压力的变化范围为0.1~0.5 MPa, 浸没式膜组件在负压下工作, 其TMP较小, 膜通量不会超过临界值。报道的浸没式系统的操作压力范围为0.003~0.03 MPa。

2.5 膜污染及其控制[21,22,23]

膜污染影响机理错综复杂, 膜污染的程度取决膜的技术参数、微生物系统的的工艺参数等因素, 而膜污染程度大小又决定着膜的寿命。所以在设计中应优化设计计算参数, 最大限度地减缓膜污染和能耗。增设预处理设施, 控制原水中的颗粒物或大分子有机物的污堵问题。选择高质量的亲水性膜组件, 提高膜的污染自制能力。优化MBR内水动力学条件, 包括水流紊动度、曝气强度和曝气运行方式。优化MBR反应器的结构, 如在反应器中使用单侧曝气产生的升流紊动冲刷, 形成气升循环流动的水力条件, 既可有效控制膜污染又能降低运行能耗。优化膜分离操作模式, 标定膜临界通量, 控制膜通量值, 同时采用间歇出水方式。

3 设计计算难点

3.1 排泥问题[24,25]

虽然MBR理论上可以不排泥, 但研究发现, 污泥长期滞留对MBR污泥系统的活性和膜污染中膜堵塞问题影响较大。随着运行时间延长, 污泥浓度逐渐升高, 污泥对COD的降解速率先升高然后逐渐降低, 即污泥的活性随着不排泥时间的延长先上升而后逐渐下降。所以要保持高活性, 应定期适量排泥, 将污泥浓度控制在一定的范围内, 防止污泥老化。排泥时间的确定应结合污泥龄, 综合优化各项工艺参数, 同时考虑膜的最佳运行工况。研究推荐值为20~36 d。排泥方式可由曝气池快速沉淀后直接排浓缩混合液[9]。

3.2 污泥量计算

剩余污泥量可利用monod方程式和LawrenceMc Carty方程式中动力学关系进行计算。一是采用普通活性污泥法, 特别是SBR法的污泥量的计算式;二是利用Lawrence-Mc Carty方程式中对“生物固体平均停留时间”的定义式进行计算。两种方法计算结果相差不大。

3.3 空气量计算

MBR中曝气的能耗可占运行总能耗的98%以上, 合理确定空气量是MBR工艺的关键环节。曝气除为膜生物反应器中微生物提供足够的氧气外, 还能对膜表面的污泥沉积层 (可逆污染) 进行剪切和吹脱以缓解膜污染和保持膜通量。另外, 曝气还是处理水在池内保持完全混合流态或循环流动的原动力。所以, 空气量计算应包括生化反应需氧量、对膜进行冲刷以减轻膜污染和保持处理水循环流动的耗气量。计算时可考虑在满足生化反应的前提下, 适当增大气水比, 以减缓膜污染和满足循环流动的需求, 同时充分考虑降低能耗的可能性, 因为实际需氧量比理论需氧量多33%~61%[26]。结合实际情况, 在MBR中可取最大比进行计算, 这样可大大简化计算过程。